Cemented Paste Backfill Consolidation with Deposition-Dependent Boundary Conditions

M. Shahsavari, M. Grabinsky

In the proceedings of: GeoRegina 2014: 67th Canadian Geotechnical Conference

Session: Mining Geotechnics

ABSTRACT: Cemented paste backfill (CPB) in underground mines is increasing in popularity due to its relatively high delivery rate, homogeneous as-placed properties, and tight filling characteristics as compared to other backfill methods. A significant engineering challenge is to determine the pressures acting on the backfill barricades, which in turn is dependent on the amount of dissipated pore water pressure in the CPB and thus its degree of consolidation. Gibson (1958) studied the one dimensional self-weight consolidation characteristics of a soil wherein its thickness increases with time. The applicability of the Gibson (1958) solution to backfill materials is studied by Fahey et al. (2010), who introduced lower and upper bound solutions with a varying coefficient of consolidation as deformation occurs. Both Gibson (1958) and Fahey et al. (2010) considered a zero pore water pressure head on the top of each layer when deposited. However, at the top of the actual deposited backfill is a slurry which imposes a finite pressure head and permeability. The effect of this boundary condition on the consolidation characteristics of CPB is studied in the proposed paper using Terzaghi™s 1-D consolidation theory. This result is then generalized by modeling the consolidation process with modified boundary condition using FLAC3D. The time-dependent material properties, which are a function of stage of binder hydration, are calibrated using laboratory test results.

RÉSUMÉ: Le remblai en pâte cimentée (CPB) est de plus en plus utilisé dans les mines souterraines étant donné un taux d™approvisionnement relativement élevé, des propriétés en place homogènes ainsi qu™un remplissage complet comparativement à d™autres méthodes de remblayage. Un défi d™ingénierie important est de déterminer les pressions sur les barricades à remblai. Ces pressions dépendent de la quantité d™eau interstitielle dans le CPB et donc, de son degré de consolidation. Gibson (1958) a étudié les caractéristiques unidimensionnelles de consolidation d™un sol sous son propre poids lorsque l™épaisseur du sol augmente en fonction du temps. Fahey et al. (2010) ont étudié l™applicabilité de la méthode de Gibson (1958) à des matériaux de remblayage en introduisant des limites inférieure et supérieure ainsi qu™un coefficient de consolidation variable en fonction de la déformation. Gibson (1958) et Fahey et al. (2010) ont considéré une pression d™eau interstitielle nulle au-dessus de chaque couche de sol déposée. Cependant, la partie supérieure du remblai est composée d™une boue, ce qui impose une charge hydraulique et une perméabilité à ce matériau. L™effet de cette condition limite sur les caractéristiques de consolidation de CPB est étudié dans cet article en utilisant la théorie de consolidation 1-D de Terzaghi. Le résultat est ensuite généré en modélisant le processus de consolidation avec une condition limite modifiée à l™aide du logiciel FLAC3D. Les propriétés du matériau, qui sont variables en fonction du temps et dépendent également de la phase d™hydratation du liant, sont calibrées en utilisant des résultats d™essais de laboratoire.

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